[发明专利]有序纳米纤维宏量制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维的制备装置，尤其是涉及一种有序纳米纤维宏量制备装置。

背景技术

静电纺丝作为一种新兴的微纳米制造技术以其工艺简单、操纵方便、原料来源广泛等众 多优点，日益受到了工业界和学术界的关注。电纺丝纳米/微米结构在生物医药、组织工程、 空气过滤及微纳米传感器件等领域都有着广泛的应用潜力。但电纺丝过程受到多种因素的影 响，聚合物射流存在鞭动、分裂等多种不稳定现象，飞行轨迹十分复杂，难以控制，无法实 现纳米纤维的准确定位沉积和纤维排列方式控制。制备具有特定图案和排列形式的纳米纤维 膜，在生物组织工程、微纳米系统、空气过滤等方面都具有重要应用前景，对于静电纺丝技 术的工业化应用也具有深远的意义。

目前，静电纺丝纳米纤维的有序沉积控制已经成为当前的研究热点和重点问题，许多文 献资料都报道了各自的方法来获得有序纳米纤维，主要可分为运动型收集器和静止型收集器 两大类。运动型收集器主要是利用收集部件的运动，引导拉伸纳米纤维在收集板表面沉积形 成有序纳米纤维。文献[1]([1]Matthews，J.A.，G.E.Wnek，et al.Biomacromolecules Vol.3(2)： 232-238)和文献[2]([2]Katta，P.，M.Alessandro，et al.Nano Letters.Vol.4(11)：2215-2218)采 用可转动笼状圆筒收集器，配合圆筒的旋转可以圆筒外围笼状结构表面获得有序沉积的纳米 纤维；文献[3]([3]Yee，W.A.，A.C.Nguyen，et al.Polymer 49(19)：4196-4203)采用旋转式圆 盘作为收集板，可以在平面内获取有序排列的弧形纳米纤维；文献[4]([4]Kameoka，J.，R.Orth， et al.Nanotechnology.Vol.15(10)：1124-1129)采用探针作电纺丝喷头，配合旋转圆盘作为收集， 可获得单根纳米纤维有序可控沉积。但采用运动型收集器所获得的纳米纤维膜沉积样式固定 难以改变，纳米纤维排列一致性不好，且不能实现纳米纤维沉积位置的准确控制。

静止型收集器主要是在构造不同形式的微结构，或将收集器加工成不同的形状，从而改 变空间电场分布而引导纳米纤维的定向有序沉积。文献[5]([5]Dan Li，Yuliang Wang，Yonnan Xia.Advanced Materials.Vol.16(4)：361-366)报道了一种简单且有效的方法来制备平行取向纳 米纤维。具体做法是在收集板上预先凿开一个孔，受槽孔上方局部电场的影响，纳米纤维将 横跨于槽孔两边形成平行取向排列，可较简单地制备高取向性有序纳米纤维并可较容易地转 移到其他基底上。文献[6]([6]R.Dersch，Taiqi Liu，A.K.Schaper，et al.Journal of Polymer Science Part A：Polymer Chemistry.Vol.41(4)：545-553)采用三维金属槽状结构作为收集板， 纳米纤维可以沉积于微槽两边，形成有序的悬空结构。但随着纳米纤维沉积时间的增加，受 到已沉积纤维影响后续纤维将趋于混乱，而且纳米纤维的排列方式较难以控制；并且纳米纤 维分布范围和排列方式受预先制备的收集板限制，不能随意变换。

如何实现对电纺丝纳米纤维沉积位置和排列方式的准确控制，仍是电纺丝技术发展应用 的难点，也是电纺丝纳米纤维实现工业化应用的一个关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现对电纺丝过程纳米纤维的沉积位置和排列形式的有效 控制的有序纳米纤维宏量制备装置。

本发明设有直流高压电源、溶液槽、溶液通道、喷头、控制器、收集板、矩阵电极、基 座、继电器组、控制总线和辅助低压直流电源。溶液槽通过溶液通道与喷头相连通，向喷头 补充溶液；直流高压电源正极通过导线与喷头相接，直流高压电源负极与辅助直流电源负极 相连，并且接地；矩阵电极放置于基座上方，收集板放置于矩阵电极上表面；继电器组输出 端接矩阵电极，继电器组的常闭端接辅助直流电源，继电器组的常开端接地，继电器组的控 制端通过控制总线接控制器。通过控制器可以按一定顺序改变继电器组中各继电器的导通状 态，控制矩阵电极上各电极电位，从而改变收集板上表面电场分布变化。

所述矩阵电极中各个电极上表面处于同一水平面，均与收集板保持接触；所述矩阵电极 可为方形矩阵电极、矩形矩阵电极或圆形矩阵电极等；矩阵电极中电极直径可为5～50mm。